基于定量化的收费站系统评价与分析

张涛林++马珍++付倩茜++邓智颖

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.203

摘 要：该文通过排队论模型，确定了当排队数大于5时人工收费系统的工作效率提高不明显，而且超过收费车道的通行能力。在此基础上，团队在实地调研与总结前人研究经验的基础上，建立了相关的四个重要评价指标：碰撞次数Nc、吞吐量T、扇出系统面积和司机满意度Roh。根据这四个重要的评价指标，建立了高速公路收费站的综合评价模型，并得出了模型的收费站系统评价结果参考表。

关键词：收费站 排队 指标 模型

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0203-02

随着交通量的快速增长，一些城市的收费公路（包括收费高速公路），由于交通量基本达到了饱和，每天有很长一段时间的行车速度己经低于设计最低速度，并在收费站出入口形成了排队，收费站成为交通的“瓶颈”，这样将导致等候车辆延误时间大大增加，影响主线车流通行，降低了收费站的服务水平，减少了收费道路经营者的收入等问题。

1 最佳排队数的确定

通过排队理论模型，该文在两种不同情况下模拟了不同排队长度和不同数量的收费站之间的关系的大量数据：收费站的入口和出口。通过模拟我们可以得到当排队车辆数逐渐增加的时候，人工收费员的工作效率也会有很大提高。但是当排队车辆数超过5辆的时候，工作效率提高不明显，这主要与人的心理因素有关。从理论通行能力计算结果看，排队数超过5辆后，交通量增加不明显。因此，该文中理论通行能力的确定采用排队5辆车的计算结果。

2 收费系统的安全性能评估

在通过大量实践数据以及前人研究的基础上，该文通过碰撞次数（以及事故预防）Nc，延误时间，最优建设面积（以及成本）以及司机的满意度Roh对模型进行评估，从而得到最优的收费广场模型。各模块具体的评价模型如下介绍。

2.1 碰撞次数等级评价模型

收费广场出口和入口都会建设有渐变段， 目的是引导车辆能够更加安全和顺畅地通过收费广场。渐变率的设计对于司机能否更加安全行车具有很大的影响。渐变率对于收费广场的服务水平评价并不好衡量，因此本文中通过不同的渐变率对应的碰撞次数的不同来建立等级评价模型。通过对于数据进行回归分析， 建立出渐变率与碰撞次数之间的数学模型

式中，Nc是对应收费广场渐变率的交通碰撞预测数；x为渐变率。在回归分析之中，模型的相关系数为R2=0.8621，说明这两个因数的相关性很大，这个模型建立是有意义的。

通过数据的分析，结合高速公路收费系统的服务水平有关知识，我们建立以下性能评判级别表，其中一级为碰撞次数小于5，二级为小于10，三级为小于28，四级为大于28。

2.2 吞吐量等级评价模型

如果单位时间内汇入收费系统的车辆过多，而收费系统在单位时间能够处理的交通量又是有限的，必然会影响收费系统整体的性能。因此该文中定义吞吐量作为衡量收费系统的一个评价指标。吞吐量T定义为每小时通过广场末端加入L外出车道的车辆数量，即为每个车道单位时间内能够流入的车辆数aij的总和。其中一级为大于0.25，二级为大于0.19，三级为大于0.13，四级为小于0.13。

2.3 形状及面积等级评价模型

通过数据可以分析并计算出四通道和六通道相应的值，由此得出下列数据见表1。

2.4 司机满意度

显然等待时间会直接影响到司机通过收费系统的满意度，因此下面可以用司机等待时间来衡量司机的满意度。通过合理的设计收费系统，能够尽量减少司机在系统中逗留的时间，增加司机对于服务系统的满意程度。其中我们认定平均排队车辆数小于1时，服务为一级。小于4时为二级，小于8时为三级，大于8时为四级。其中级别越高对应的乘客满意度越高。

3 综合性能评价模型

综合前面的分析，得出系统评价参数表和评分情况表2，建立关于收费站系统的综合性能评价模型。将该文中各参数的一级评分定为4分，二级为3分，三级为2分，一级为1分。

4 结语

該文在深入分析和模拟汽车收费站的基础上，通过排队论模型分析出了最佳的汽车排队数为5，并在此基础上深入探究了关于收费站性能的评价指标，分别为司机满意度，碰撞次数，吞吐量以及面积四个指标，并对各指标进行了量化分析，从而定量化的判定出收费站的合理性，为收费站的改进及设计提供参考，从而间接的优化交通结构，提高路网流畅程度。

参考文献

[1] 张敏，陈红，吴晓武.高速公路收费站安全评价模型[J].中国安全科学学报，2009，19（10）：139-144.

[2] 黄辉先，阮挺，周倩朝.高速公路收费站模型优化设计的研究[J].计算机工程与应用，2010，46（26）：215-218.

[3] 谢军.高速公路通行能力分析与服务质量评价研究[D].长安大学，2007.

[4] 王形华，许伦辉.汇流交叉路口车辆通行权分配方案的确定[J].赣南师范学院学报，2000（6）：45-48.